Dinâmica de Estruturas e Engenharia Sísmica

Dinâmica de Estruturas e Engenharia Sísmica:
Ocorrência: 1ºAno-1ºSemestre
Carga Horária : 15h00T +30h00 T/P++ 7h30 EL/OT
Objetivos de aprendizagem da unidade:
Pretende-se iniciar os alunos no estudo da Dinâmica de Estruturas, de uma forma
geral, e com base nos conhecimentos adquiridos, abordar os problemas da
Engenharia Sísmica, de modo a conferir aos alunos uma visão conjunta da
influência dos problemas do domínio da Engenharia Sismológica e Engenharia
Geotécnica, na resposta sísmica de uma estrutura, tendo por base o
enquadramento nos Eurocódigos. No final da unidade curricular os alunos irão
adquirir a capacidade de realizarem análises sísmicas de estruturas, no contexto do
Eurocódigo 8.
Conteúdos programáticos:
Caracterização de um problema dinâmico. Ações dinâmicas. Discretização do
sistema estrutural. Formulação das equações de movimento. Oscilador linear de um
grau de liberdade. Resposta em regime livre. Resposta em regime forçado: ações
periódicas - harmónicas, ações não periódicas - Integral de Duhamel. Determinação
do amortecimento viscoso equivalente. Sistema linear de vários graus de liberdade.
Equação característica. Modos de vibração. Coordenadas modais. Método da
sobreposição modal. Método de Stodola. Método de Rayleigh simplificado.
Introdução à Engenharia Sísmica. Conceitos básicos de sismologia. Definição da
ação sísmica. Análise da sismicidade. Perigosidade sísmica. Zonamento sísmico.
Modelos descritivos das ações sísmicas. Efeitos locais. Análise sísmica de estruturas
(2D e 3D). Análise modal com recurso a espectros de resposta. Métodos
simplificados de análise sísmica. Comportamento sísmico de edifícios. Conceção
estrutural sismo-resistente. Capacity Design. Eurocódigo 8.
Demonstração da coerência dos conteúdos programáticos com os objetivos
de aprendizagem da unidade curricular:
Primeiramente são expostas as matérias de dinâmica de estruturas, para uma
qualquer ação dinâmica. Os alunos estudam a resposta dinâmica linear de uma
estrutura correspondente a um oscilador de um grau de liberdade, no domínio do
tempo, e assimilam os conceitos de frequência (e período) natural de vibração, de
amortecimento e de amplificação dinâmica. Depois, extrapolam esse conhecimento
para sistemas dinâmicos de diversos graus de liberdade, ainda no domínio do
tempo. Recorrendo à sobreposição modal, os problemas de vários graus de
liberdade são transformados no mesmo número de problemas de um grau de
liberdade, em coordenadas modais, permitindo fazer a ligação entre matérias.
Depois, são abordados os problemas da Engenharia Sísmica. É estudada a ação
sísmica e os fenómenos que a influenciam, para o aluno adquirir uma visão global
do problema. Adquirida essa visão (ainda que pouco aprofundada em alguns
pontos) da influência de alguns assuntos do âmbito da Engenharia Sismológica e da
Engenharia Sísmica Geotécnica, é incidido o foco do estudo na análise sísmica das
estruturas. É realizada a passagem dos problemas para o domínio da frequência, e
no contexto regulamentar. Esta organização das matérias permite que o aluno
entenda o comportamento dinâmico das estruturas, de uma forma geral, e depois
possa extrapolar esse conhecimento para o problema específico dos efeitos da ação
sísmica, numa perspetiva moderna da Engenharia Sísmica. É dada especial atenção
aos problemas que envolvem o comportamento sísmico dos edifícios,
designadamente da correlação da tipologia arquitetónica, dos materiais utilizados, e
do processo construtivo utilizado, com os modelos da estrutura e os métodos de
análise sísmica a adotar. Todo o processo de aprendizagem é realizado,
primeiramente no abstrato, do ponto de vista teórico, seguindo-se a aplicação
prática na resolução de problemas que espelhem a realidade da atividade
profissional, no contexto de aplicação dos Eurocódigos Estruturais, designadamente
do Eurocódigo 8, cumprindo assim os desígnios do ensino politécnico do saber
fazer.
Metodologias de ensino (avaliação incluída):
Exposição geral das matérias com recurso a apresentações (com imagens e
animações) em PowerPoint. Apresentação de exemplos resolvidos. Resolução
autónoma de problemas teórico-práticos propostos. Utilização de programas
informáticos de análise dinâmica de estruturas.
As aulas práticas irão decorrer em salas de informática, onde os alunos utilizarão,
autonomamente, programas de cálculo automático para resolução de problemas
que foram, previamente, resolvidos manualmente. Nas aulas de cariz de orientação
tutorial serão debatidas as resoluções dos problemas propostos, com orientação
dos docentes, mas visando a autonomização das aprendizagens. Existirão algumas
aulas lecionadas no contexto laboratorial. A avaliação realizada ao longo do
funcionamento da UC é composta por três trabalhos práticos e um teste. Para os
alunos que não obtiverem aproveitamento prévio, será realizado um exame final.
Demonstração da coerência das metodologias de ensino com os objetivos
de aprendizagem da unidade curricular:
A exposição das matérias com animações e fotografias, para além da mera
apresentação das expressões matemáticas (com a respetiva dedução), permite
motivar o aluno para as matérias lecionadas. A utilização de programas de cálculo
automático nas aulas, em simultâneo com a resolução manual dos problemas,
permite fazer a ligação entre as matérias teóricas e a sua aplicação prática, o que
se enquadra no contexto do ensino politécnico. Esta abordagem também possibilita
ao aluno percecionar que o programa de cálculo automático é uma mera
ferramenta de trabalho. As aulas realizadas em laboratório, com recurso a modelos
físicos didáticos, tem como objetivo facilitarem a assimilação de conceitos básicos
de dinâmica de estruturas (frequência natural de vibração e ressonância).
A realização de trabalhos práticos individuais tem como objetivo a facilitação da
aquisição, por parte dos alunos, das competências previamente estipuladas. Desta
forma, incentiva-se o aluno à aprendizagem autónoma individual, em casa, e em
grupo reduzido, ou a título individual, em sessões tutoriais em sala de aula.